JPS592732B2 - 焼結合金摩擦材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焼結合金よりなる摩擦材料に関するものであっ
て、特にブレーキ装置の小型化に寄与する焼結摩擦材料
を提供するものである。

近年各種のブレーキ装置が小型化される傾向にあり、特
に自転車用のブレーキはミニサイクル車の普及に伴って
、後輪に使用されるバンドブレーキやキャリバーブレー
キの小型化は急務とされている。

従来（１）ウーブン材、ゴムモールド材あるいはレジン
モールド材の摩擦材料、（２）周知の銅系あるいは鉄系
の焼結摩擦材料、（３）熱処理を施こした鋼材例えばＳ
ＣＭ−２１鋼（ＪＩＳ規格）が使用されている。

しかし、これらの摩擦材は、ブレーキの小型化を目的と
して、ブレーキの制動面積を小さくして苛酷な条件で使
用する場合、それぞれ欠点を有する。

例えば（１）の摩擦材料は安価で比較的摩擦係数は高い
特徴を有するが、耐熱性が劣り、単位制動面積当りの吸
収エネルギーが大きいことが要求される場合、使用に耐
え得るものでない。

（２）の摩擦材料は耐熱性および耐摩耗性に優れた特性
を有し、単位制動面積当りの吸収エネルギーも大きい特
徴を有するが摩擦係数が０．１５〜０．４０程度であり
、ブレーキの制動面積を小さくするのに限界があること
、ならびに、焼結摩擦材料は一般に加圧焼結法で製造さ
れることもあって、他の摩擦材料に比べ非常に高価で自
転車用の摩擦材料としてほとんど使用されていない。

（３）の熱処理を施こした鋼材、例えばＳＣＭ−２１鋼
（ＪＩＳ規格）は耐熱性を有し、比較的安価で現在小型
化を目的とした自転車用ブレーキの摩擦材料として実用
されている。

しかし耐摩耗性が劣ることならびに相手材の摩耗が他の
摩擦材料に比べ大きい欠点がある。

又摩擦係数が不安定なためブレーキ力が一定しないこと
および単位制動面積当りの吸収エネルギーが大きい使用
条件下では、焼付を生じやすいなどの問題があり、小型
化にも自ずから限界がある。

本発明は、上述のような目的を満足する高い摩擦抵抗と
優れた耐摩耗性を有する摩擦材料であって、経済性も兼
ね備えた焼結摩擦材料を提供せんとするものである。

かかる発明材は次の様にして製造される。

重量係でＳ ｉ ３Ｎ４ 、＋ ８〜２５係、Ｐ；０．
３〜１．５％、Ｃ；０．２〜１．５％、残部が鉄になる
ように、それぞれの粉末を配合し、これらをプレス成型
、焼結して作られる。

（以下の引ま１べて重量係を示す）本材料はこのままで
も、優れた摩擦特性を有するものであるが、更にこれら
のマトリックス強度に潤滑性を有する鉛やインヂウム、
ビスマス、錫の如き低融点金属を総量で１〜６％、ある
いはＣａＦ２、又はＢａＦ２．ＬｉＦの１種もしくは２
種を総量で３〜８％、含有せしめ潤滑性を賦与すること
により摩擦係数を安定化し、相手材の摩耗量を低減せし
める。

以下、組成範囲等の選定理由を述べる。

周知の焼結合金摩擦材料は、通常鋼および銅合金または
鉄および鉄合金の基体となる金属マ） ＩＪラックス鉛
や黒鉛等の滑らかな作動特性を与えるための潤滑性物質
、およびアルミナやシリカ等の硬質粒子で摩擦抵抗の保
持向上および耐摩耗性向上のための増摩擦性物質から構
成されている。

窒イと硅素もアルミナやシリカ等の酸化物と同じように
高い硬さを有する硬質粒子で、摩擦係数の向上、および
耐摩耗性改善のため添加され、その添加量は８〜２５係
が適切である。

添加量が８係以下ではその効果が充分に発揮されず、摩
擦係数の向上、耐摩耗性改善の効果が少ない。

添加量が２５係以上では焼結材料自体の強度が弱められ
、耐摩耗性はかえって低下し、相手摩擦面の損耗が大き
くなる。

増摩擦動質であるアルミナやシリカ等の酸化物あるいは
窒化硅素の如き窒化物の硬質粒子は、摩擦係数や耐摩耗
性に大きく影響するが、その効果を発揮するには摩擦面
に分散する硬質粒子が基体となる金属マトリックスに保
持されて、脱落しないことが必要であるが、一般にこれ
らの硬質粒子はそれ自体脆弱であること、更には金属マ
トリックスとの焼結性が悪いことの理由により、金属マ
トリックスから脱落しやすく、硬質粒子の添加のみで必
ずしも十分な摩擦特性は発揮できず、かえって脱落した
硬質粒子は砥粒研摩作用により摩擦材自体の摩耗を著し
く増大させること、および相手摩擦面の損耗にも大きな
影響を与えるものである。

本発明はかかる欠点を改善するため、種々研究の結果、
燐の添加が金属マトリックスの鉄と、硬質粒子の窒化硅
素の反応を生じせしめるのに極めて有効であるこ吉を見
出した。

燐は粉末冶金では焼結性改善、強度および耐摩耗性改善
の目的でしばしは微量添加されるが、本発明の場合もマ
トリックスの強化のはかＳｉ３Ｎ４粒子表面の一部にＦ
ｅ−８ｉ合金層を形成せしめることによりマトリックス
とＳｉ３Ｎ、との結合性を著しく向上せしめる効果を有
する。

Ｐの添加量が０．３％以下ではその効果が少なく、１．
５係以上添加した場合には粒界に燐化合物を析出し、却
って材質を脆化させるので範囲を０．３〜１．５係とす
る。

本発明材の焼結温度は１０５０°Ｃ（好ましくは１０８
０℃）〜１２３０℃の間で選択されうる。

焼結温度が１０５０℃以下の場合には、マトリックスと
Ｓｉ３Ｎ４の反応が十分でなく、また１２３００Ｃ以上
では、反応生成物の主体となるＦｅ−８ｉの液相を生じ
るため、５ｉａＮ＋の分解が著しく促進され、耐摩耗性
はかえって低下すること、および寸法精度も悪くなり好
ましくない。

Ｓｉ３Ｎ４粉末の粒度は一６０メツシュから＋３５０メ
ツシユの粒度範囲のものが最適である。

６０メツシュ以上では過度に相手摩擦面とひつかき摩擦
を生じるため相手摩擦面を損耗させる。

また３５０メツシユ以下では焼結時のＦ ｅ −８ｉ
３Ｎ４の反応をコントロールすることがむつかしい。

この傾向はＳｉ３Ｎ４添加量の多いものほど、あるいは
焼結温度が高いほど顕著である。

Ｃは鉄中に固溶し、マトリックス強度を高めるとともに
、一部はセメンタイトとして析出し耐摩耗性を改善する
。

０．２％以下ではその効果は不十分であり、１．５係以
上ではネットワーク状のセメンタイトを生じ、材質を脆
化させるので範囲を０．２〜１．５％とする。

Ｐｂは剪断強度が低く、Ｉ ｎ 、Ｂ １ ｔ Ｓ ｎ
、Ｃｄ 、Ｓｅ、などとともに潤滑性を有する金属で
あるが、摩擦作用の結果、摩擦面における鉛は一部溶融
状態となったり、酸化してＰｂＯの形となり更にその潤
滑性を増し、摩擦材料と相手摩擦面との凝着現象を防ぐ
働きをして摩擦係数を安定にし、相手摩擦面の損耗を小
さくする効果を有する。

１％以下ではその効果が小さく、６％以上では摩擦係数
が低下すること、および材質強度も低下するので範囲を
１〜６％とする。

融点が３２９℃の鉛以外に、２７１℃のビスマス、２３
１℃の錫、１５０℃のインヂウム、３２００Ｃのカドミ
ウム、２２０℃のセレンなとも鉛と同様の効果を発揮す
る。

従ってこれらは一つ又は一つ以上、合計で１〜６係の範
囲の添加とするものである。

ＣａＦ２あるいはＢａＦ２ 、Ｌ ｓ Ｆの潤滑性を有
する弗化物の添加は、Ｐｂ等の低融点金属と同様、摩擦
係数を安定にし相手摩擦面の損耗を小さくする効果を有
する。

ＣａＦ２およびＢａＦ２．ＬｉＦは摩擦中に非常によく
似た挙動を示すため、単独で加えてもよく、同時に２種
を添加してもよい。

その添加量が合計３％以下では効果が小さく、８係以上
では材質強度が低下するため好ましい範囲を合計３〜８
チとした。

次に実施例を述べる。

実施例 １ 一１０ｏ＋３ｓｏメツシュのＳｉ３Ｎ４粉末および一３
００メツシュの赤燐粉末、グラファイト、−１５０メツ
シユの鉄粉を表１の組成に配合し、５ ｔ ／ｃｎｉ圧
力で成型後１０００℃、あるいは１１５０℃で３０分還
元雰囲気中で焼結を行なって得られた焼結体を表２に示
す試験条件で摩擦摩耗試験を行なった。

又現在実用されているＳＣＭ−２１鋼（ＪＩＳ規格）の
熱処理材および周知の焼結Ｃｕ系摩擦材（７０％Ｃｕ７
％５ｎ−７％Ｃ−７％Ｐｂ−９％５ｉＯ７組成）につい
ても比較のために試験した。

これらの試験結果を表３にまとめて示した。

以上の結果より明らかなとおり、本発明材は高い摩擦力
と秀でた耐摩耗性を兼ね備えたすぐれた摩擦特性を有す
る。

実施例 ２ 実施例１と同様に表４の組成に配合し、５ｔ／ｍ圧力で
成型後１１５０℃×３０分焼結して得た試料を実施例１
と同様に表２に示す試験条件で摩擦摩耗試験を行ない、
その結果を表５に示した。

以上の結果から明らかなように、本発明品組成範囲のＰ
ｂあるいはＣａＦ２を含有するものは、高い摩擦力と耐
摩耗性を有し、更には相手材の損耗を改善し図に示す如
く摩擦力の安定性を高める効果も発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

図は表２に示した条件で摩擦摩耗試験により得た摩擦力
測定線図の中、比較材および発明材の代表的なものを記
載したものである。 （タテ軸の摩擦力は６ｍ＝Ｉ５Ｋｆ−αである）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量係でＳｉ３Ｎ４；８〜２５チ、Ｐ；０．３〜１
   ．５条、Ｃ；０．２〜１，５饅、残部が実質的に鉄から
   なる焼結合金摩擦材料。 ２ 重量係で３ｉ３Ｎｔ；８〜２５％、Ｐ；０．３〜１
   ．５％、Ｃ；０．２〜１．５％さらに鉛、インジウム、
   ビスマス、錫などの低融点金属を少なくとも一種１〜６
   重量係含有する焼結合金摩擦材料。 ３ 重量係で３ ｉ３Ｎ４５８〜２５％、Ｐ；０．３〜
   １．５％、 Ｃ； ０．２〜１．５ ％さらにＣａＦ
   ２あるいはＢａＦ２゜ＬｉＦの少なくとも一種３〜８重
   量係含有する焼結合金摩擦材料。